CN105536493B - 一种利用磷矿浆和泥磷脱除燃煤锅炉烟气中so2和nox方法 - Google Patents

一种利用磷矿浆和泥磷脱除燃煤锅炉烟气中so2和nox方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种利用磷矿浆和泥磷脱除燃煤锅炉烟气中SO2和NOX方法，燃煤锅炉烟气首先进入装有氧化液氧化塔，使锅炉烟气与氧化液充分接触反应，NO部分氧化为NO2，然后烟气进入吸收塔，利用NO2、SO2在水中的溶解性和磷矿浆过渡金属离子的催化氧化作用，吸收烟气中所含的氮氧化物和硫化物，使烟气中的氮氧化物、二氧化硫、尘含量远远低于国家排放标准；本发明利用磷化工企业的原料，耦合磷化工与燃煤锅炉生产，无需新增原料，吸收SO2所形成的硫酸直接用于分解磷矿制造磷酸，氮氧化物形成的硝酸进入氮磷复合肥系统；本发明资源利用率高、投资少，副产物全部回收利用，没有二次污染物产生，具有明显的社会与经济效益。

Description

一种利用磷矿浆和泥磷脱除燃煤锅炉烟气中SO2和NOX方法
技术领域
本发明属工业废气处理领域，涉及一种利用磷矿浆和泥磷脱除燃煤锅炉烟气中SO2和NOX方法。
背景技术
我国煤炭产量约占全世界总产量的49%，是全世界最大的煤炭生产国和消费国，而在我国所使用的煤炭中，有80%的煤炭直接用于燃烧，产生大量的SO2、NOx等气体，这些气体的排放造成温室效应、酸雨、雾霾等一系列空气污染问题，对人类和生物的生存环境造成严重影响。有效控制和削减燃煤过程中产生的SO2和NOx，是我国面临的严峻挑战。
燃煤锅炉烟气脱硫脱硝一直是国内外的研究热点，目前已开发出多种方法。湿法石灰石-石膏脱硫是目前应用最广泛的脱硫技术，但此技术需要消耗大量石灰石，石灰石开采过程中消耗了矿产资源，对生态环境造成破坏；副产物石膏利用率较低，易造成二次污染；脱硫过程中排放出CO2，增加了温室气体的排放。使用催化剂或还原剂催化还原NO是目前研究最深入且应用最广泛的脱硝技术，SCR法和SNCR法就属于此类，这种方法工艺简单、脱硝效率高，可达90％以上，但还原剂NH3的腐烛性强，对管道和设备材质的要求高；易泄漏造成二次污染；另外，催化剂使用寿命不够长，抗硫抗水性能不高，能耗高，投资大； NOx没有得到有效回收利用。直接吸收法对NO/NO2的比例有一定要求；吸附法则受吸附容量的限制，液相络合吸收法络合速率较慢；微生物法还存在诸多问题需要处理；等离子体活化法耗资大使其应用存在障碍，且副产物多，较难控制，可能存在二次污染问题。这些技术目前都未能在工业上大范围使用。
近年来，脱硫脱硝一体化技术受到了各方的重视，期望能找到一种空间利用率高、运行管理成本低、脱除效率高、能回收副产物提高经济性的脱硫脱硝方法。中国专利CN104437059公开了一种烟气脱硫脱硝剂及其脱硫脱硝方法。该方法制备出一种成分较为复杂的脱硫脱硝剂，主要的思想还原NO和净化SO2。但对于烟道气这种复杂的气氛中要分离SO2其实也是较难实现的；另外，该方法中吸收剂用量大，废液处理也是一大难题。另外，专利CN1192814C、 CN 100340325C、CN 101708419B、CN101352647B等分别公开了用不同的吸收剂同时脱硫脱硝的方法，但这些方法主要的一个共同的缺点就是添加剂的使用种类多，用量大，从而产生的废液量大，经济效益不明显，且后续较难处理。
本发明利用单质磷对NO的氧化性能以及磷矿浆过渡金属离子对H2SO3的催化氧化性能，将NO和SO2转化为HNO3和H2SO4，HNO3和H2SO4随即与磷矿反应，推动烟气中的NO、SO2不断转化为HNO3和H2SO4；不仅使烟气中的氮氧化物、二氧化硫、尘含量远远低于国家排放标准，而且充分运用了氮、硫元素，吸收SO2所形成的硫酸直接用于分解磷矿制造磷酸，氮氧化物以硝酸根的形式进入氮磷复合肥系统，资源利用率高、投资少，副产物全部回收利用，没有二次污染物产生，具有明显的社会与经济效益。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术上存在的分段脱硫脱硝，经济上存在氮硫不能获得有效利用的问题，提出了一种利用磷矿浆和泥磷脱除燃煤锅炉烟气中SO2和NOX方法，使得在一个装置里同时高效地脱除SO2和NOx。
本发明是通过下述技术方案实现的：
（1）来自燃煤锅炉的烟气通过引风机进入装有氧化液的氧化塔，烟气与氧化液充分接触反应，通过氧化液的氧化作用，将难溶于水的NO氧化为易溶于水的NO2；
（2）氧化后的烟气进入吸收塔，利用NO2、SO2在水中的溶解性和磷矿浆过渡金属离子的催化氧化作用，用磷矿浆吸收烟气中的NO、NO2、SO2；
（3）经过吸收塔吸收后的烟气，进入除沫器除去气体夹带的液沫后排空。
所述氧化塔中氧化液是含有泥磷的水浊液或含有泥磷、磷矿浆的混合矿浆，水浊液或混合矿浆中单质磷含量控制在5~30 g/L，温度为50~80℃。
所述吸收液中磷矿浆固含量控制在10%~55%（质量百分比），pH≥4.5。
所述氧化塔、吸收塔，可以是动力波装置，也可以是含有多层喷头的空塔。
吸收塔，可以是一级、二级、或者三级，其吸收级数取决于燃煤锅炉出口SO2以及排烟的SO2含量。
本发明采用的磷矿浆是磷化工生产过程中的必备的生产工序，其来源于磷矿加工及其选矿生产过程，无需单独加工，节省了脱硫脱硝吸收剂的制备工序。
本发明采用的泥磷是黄磷生产过程中所产生的副产物，大约含有50%～70%的黄磷（干基），以往的工艺需要采用高温蒸馏，使之气化后再冷凝回收，能耗高、污染大、操作环境差，通过利用泥磷作为NO的氧化剂，有效利用了黄磷生产的副产物，既解决了黄磷生产存在的问题，也有效促进了NO的转化。
本发明提供了一种联合脱硫脱硝的方法，不仅使烟气中的氮氧化物、二氧化硫、尘含量远远低于国家排放标准，而且充分运用了氮、硫元素，吸收SO2所形成的硫酸直接用于分解磷矿制造磷酸，氮氧化物以硝酸根的形式进入氮磷复合肥系统，资源利用率高、投资少，副产物全部回收利用，没有二次污染物产生，具有明显的环境、社会与经济效益；同时，本发明是一种湿法技术，固体物质随着磷酸的副产品磷石膏排出，因此，可以取消燃煤锅炉的电除尘系统，通过高效除沫装置，其尘浓度≤5mg/m3。
本发明优点在于：
1、高效，利用泥磷中的磷以及磷矿中的过渡金属的催化氧化作用，提高了NOX和SO2的吸收率；
2、流程短，利用磷化工生产特点，在其中加入了一个氧化与吸收过程，其原料、产品均与原工艺过程实现无缝连接，无需专设电除尘器；
3、低耗，无需外购原料，其消耗仅仅为气体与液体循环、输送所消耗的动力；
4、无二次污染物排放，NOX成为硝酸，最终进入肥料系统；SO2成为硫酸，用于分解磷矿；与石灰石-石膏法相比，没有CO2的排放；
5、经济效益好，与其他技术相比，本发明有效回收了氮、硫元素并转化为生产过程中所必需的原料与产品，不仅可以承担环保装置的运行费用，还可以回收环保装置投资。
附图说明
图1是本发明利用磷矿浆和泥磷脱除燃煤锅炉烟气中SO2和NOX方法的工艺流程示意图；
图中：1-氧化塔；2-一级吸收塔；3-二级吸收塔；4-除沫器；5-一级循环槽；6-二级循环槽；7-三级循环槽。
具体实施方式
下面通过附图和实施例对本发明作进一步详细说明，但本发明的保护范围不局限于所述内容，实施例中方法或装置如无特殊说明均为常规技术。
实施例1
如图1所示，来自燃煤锅炉的含有SO2 2000mg/m3、NOx200mg/m3的烟气，自上而下进入动力波氧化塔1，与温度50℃氧化液（含有泥磷的水浊液，来自黄磷车间的泥磷经过一级循环槽5后通入氧化塔中）逆流接触，控制氧化液中单质磷含量5g/L，气速35m/s，液气比7L/m3，在氧化塔内，大部分NO氧化为易溶于水的NO2，随后进入带有3层喷头的一级吸收塔2（空塔），在一级吸收塔2内，烟气自下而上与磷矿浆逆流接触（磷矿浆来自磷化工厂区磨矿车间经过三级循环槽7进入一级吸收塔2，磷矿浆固含量控制在20%，pH=5），吸收塔吸收后的烟气经除沫器4（旋流板除沫器和高效除沫器）除沫后放空；控制吸收塔气速2.5 m/s，液气比12L/m3；排放烟气的SO2≤35mg/m3，NOx≤50mg/m3，粉尘浓度≤5mg/m3。
一级循环槽5、二级循环槽6均为循环系统装置，起到混合循环液的作用。
实施例2
如图1所示，来自燃煤锅炉的含有SO23000mg/m3、NOx300mg/m3的烟气，自上而下进入动力波氧化塔1，与温度60℃的氧化液（含有泥磷的水浊液，）逆流接触，控制氧化液中单质磷含量10g/L，气速35m/s，液气比7L/m3，在氧化塔内，大部分NO氧化为易溶于水的NO2，随后进入带有1层喷头的动力波一级吸收塔2，在一级吸收塔2内，烟气自上而下与自下而上来自二级吸收塔3的磷矿浆逆流接触（磷矿浆固含量控制在40%，pH=6），60%～70%的SO2、NOx在一级吸收塔2被吸收，其余随烟气进入二级吸收塔3（带3层喷头的空塔），与来自磷化工厂区磨矿车间的磷矿浆逆流接触（磷矿浆固含量控制在45%，pH=7），吸收塔吸收后的烟气经旋流板除沫器和高效除沫器除沫后放空；控制动力波一级吸收塔气速25 m/s，液气比9L/m3，控制二级吸收塔3的空塔气速4.5 m/s，液气比15L/m3；排放烟气的SO2≤35mg/m3，NOx≤50mg/m3，粉尘浓度≤5mg/m3。
一级循环槽5、二级循环槽6或三级循环槽7均为循环系统装置，起到混合循环液的作用。
实施例3
来自燃煤锅炉的含有SO2 6000mg/m3、NOx500mg/m3的烟气，自上而下进入动力波氧化塔，与温度70℃氧化液（含有泥磷、磷矿浆的混合矿浆）逆流接触，控制氧化液中单质磷含量15g/L，气速20m/s，液气比7L/m3，在氧化塔内，大部分NO氧化为易溶于水的NO2，随后进入带有2层喷头的动力波一级吸收塔，在一级吸收塔内，烟气自上而下与自下而上来自二级吸收塔3的磷矿浆逆流接触（磷矿浆固含量控制在35%，pH=5.5），70%～80%的SO2、NOx在一级吸收塔被吸收，其余随烟气进入二级吸收塔（带2层喷头的空塔），与来自磷化工厂区磨矿车间的磷矿浆逆流接触（磷矿浆固含量控制在45%，pH=6.5），吸收塔吸收后的烟气经旋流板除沫器和高效除沫器除沫后放空；控制动力波一级吸收塔气速30 m/s，液气比7L/m3，控制二级吸收塔的空塔气速3m/s，液气比8L/m3；排放烟气的SO2≤35mg/m3，NOx≤50mg/m3，粉尘浓度≤5mg/m3。
实施例4
来自燃煤锅炉的含有SO2 9000mg/m3、NOx500mg/m3的烟气，自下而上进入氧化塔（带2层喷头的空塔），与温度75℃氧化液（含有泥磷的水浊液）逆流接触，控制氧化液中单质磷含量20 g/L，气速3m/s，液气比10L/m3，在氧化塔内，大部分NO氧化为易溶于水的NO2，随后进入带有2层喷头的动力波一级吸收塔，在一级吸收塔内，烟气自上而下与自下而上来自二级吸收塔3的磷矿浆逆流接触（磷矿浆固含量控制在38%，pH=4.8），65%～75%的SO2、NOx在一级吸收塔被吸收，其余随烟气进入二级吸收塔3（带3层喷头的空塔），与来自磷化工厂区磨矿车间的磷矿浆逆流接触（磷矿浆固含量控制在42%，pH=5.8），吸收塔吸收后的烟气经旋流板除沫器和高效除沫器除沫后放空；控制动力波一级吸收塔气速17 m/s，液气比7L/m3，控制二级吸收塔的空塔气速3.5m/s，液气比10L/m3；排放烟气的SO2≤35mg/m3，NOx≤50mg/m3，粉尘浓度≤5mg/m3。
实施例5
来自燃煤锅炉的含有SO2 9000mg/m3、NOx500mg/m3的烟气，自下而上进入氧化塔（带2层喷头的空塔），与温度80℃含有泥磷的氧化剂逆流接触，控制氧化剂中单质磷含量30 g/L，气速4m/s，液气比8L/m3，在氧化塔内，大部分NO氧化为易溶于水的NO2，随后进入带有3层喷头的一级吸收塔（带3层喷头的空塔），在一级吸收塔内，烟气自上而下与来自二级吸收塔的磷矿浆顺流接触（磷矿浆固含量控制在52%，pH=5.6），60%～70%的SO2、NOx在一级吸收塔2被吸收，其余随烟气进入二级吸收塔（带4层喷头的空塔），与来自磷化工厂区磨矿车间的磷矿浆逆流接触（磷矿浆固含量控制在50%，pH=5.9），吸收塔吸收后的烟气经旋流板除沫器和高效除沫器除沫后放空；控制一级吸收塔气速3.5 m/s，液气比9L/m3，控制二级吸收塔3的空塔气速2.5m/s，液气比12L/m3。排放烟气的SO2≤35mg/m3，NOx≤50mg/m3，粉尘浓度≤5mg/m3。

Claims (2)

1.一种利用磷矿浆和泥磷脱除燃煤锅炉烟气中SO2和NOX方法，其特征在于：
（1）来自燃煤锅炉的烟气通过引风机进入装有氧化液的氧化塔，烟气与氧化液充分接触反应；
（2）氧化后的烟气进入吸收塔，用磷矿浆吸收烟气中的NO、NO2、SO2；
（3）经过吸收塔吸收后的烟气，进入除沫器除去气体夹带的液沫后排空；
所述氧化塔中氧化液是含有泥磷的水浊液或含有泥磷、磷矿浆的混合矿浆，水浊液或混合矿浆中单质磷含量控制在5~30 g/L，温度为50~80℃。
2.根据权利要求1所述的利用磷矿浆和泥磷脱除燃煤锅炉烟气中SO2和NOX方法，其特征在于：吸收塔中磷矿浆固含量控制在10%~55%，pH≥4.5。
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